プロセス設計、物質収支、熱収支、計算ソフト、エクセル、Excel

1.1 設計基本

プロセス設計に必要な情報として設計基本があります。これについてはすでに基本設計演習「エタノール合成」の”第1章 設計基本”で説明していますので詳細は割愛し、内容のみ記述します。
まず、原料である天然ガスとスチームの仕様を記述します。ただし、天然ガスの組成はメタン（CH4）100%とします。

1. 天然ガス(NG)：流量 1,000kmol/h、圧力 3.3MPa、温度25℃
2. スチーム(steam)：流量 3,000kmol/h、圧力 4.1MPa、温度350℃

1.2 物質収支計算ツールの準備

実際のプロセス設計では物質熱収支の計算からスタートします。多くの企業ではASPEN PLUS, gPROMS, HYSYS, PRO/IIなどのプロセスシミュレータを使用して計算しますが、ここでは物質収支計算ツールをExcelで作ってみましょう。
まず、Excelでの物質収支計算を表形式で作成することにします。そのためには、行と列に何を記述するかを決めなければなりません。そこで、以下の取り決めをします。

1. 横方向に原料や加熱・冷却・分離・反応などの単位操作での流入とと流出ストリームを操作順に左から右へ並べていきます。例えば、天然ガス供給（NG feed）や改質用スチーム（Reforming steam）など。
2. 縦方向にはストリーム名（Steam name）、ストリーム番号（Stream number）、組成（Components）、流量（flow）、圧力（pressure）や温度（temperature）などの欄を作成します。
3. 組成（例えばメタン）の欄には分子量（MW : molecular weight）を明示できるようにします。
4. 各ストリームには左に流量(kmol)、右に組成（mol%）を書き込めるように縦に二分割します。
5. ストリーム番号（Stream number）は任意でかまいませんが、出来れば工程ごとに百番台を別にして決めるようにして下さい。
6. 流量には「Dry total flow」、「Wet total flow」、そして「Mass total flow」の三種類があります。「Dry total flow」は水以外の物質の合計流量（kmol/h）を意味し、「Wet total flow」は「Dry total flow」に水を加えた合計流量（kmol/h）を意味します。また、「Mass total flow」は合計の質量流量を意味しています。つまり、各組成の流量(kmol/h)に分子量(MW)を乗じ、その合計値を意味しています。
7. 圧力の単位はMPaを基本としますが、平衡計算などでatmを使用していることも多いので両方明記します。なお、換算係数は 9.86923 を使用しています。
8. 温度の単位はdeg.C（℃）とdeg.Kの両方を明記します。

これらの取り決めをもとに計算表を作成します。その一例を下図に示します。また、そのExcel版をダウンロードできるようにしましたので、興味ある人はクリックしてみて下さい。

ダウンロードする